实验二 纯液体饱和蒸气压的测定

实验二 纯液体饱和蒸气压的测定【目的要求】 1. 用平衡管测定不同温度下液体的饱和蒸气压 2. 了解纯液体的饱和蒸气压与温度的关系克劳修斯-克拉贝龙 (Clausius-Clapeyron)方程式的意义，并学会由图解法求其平均摩尔气化热和正常沸点 【预习要求】 1. 掌握用静态法测定液体饱和蒸气压的操作方法 2. 了解真空泵、恒温槽、气压计的使用及注意事项 3. 掌握水银温度计的露茎校正方法 【实验原理】 在通常温度下(距离临界温度较远时 )，纯液体与其蒸气达平衡时的蒸气压称为该温度下液体的饱和蒸气压，简称为蒸气压蒸发一摩尔液体所吸收的热量称为该温度下液体的摩尔气化热 液体的蒸气压随温度而变化，温度升高时，蒸气压增大；温度降低时，蒸气压降低，这主要与分子的动能有关当蒸气压等于外界压力时，液体便沸腾，此时的温度称为沸点，外压不同时，液体沸点将相应改变，当外压为 pø(101.325kPa）时，液体的沸点称为该液体的正常沸点 液体的饱和蒸气压与温度的关系用克劳修斯-克拉贝龙方程式表示: (1)2lnvapmHdTR式中，R 为摩尔气体常数;T 为热力学温度;Δ vapHm 为在温度 T 时纯液体的摩尔气化热。

假定 ΔvapHm 与温度无关，或因温度范围较小，Δ vapHm 可以近似作为常数，积分上式，得: (2)1lnvapmCRT其中 C 为积分常数由此式可以看出，以 lnp 对 作图，应为一直线，直线的斜率为，由斜率可求算液体的 ΔvapHm vapmHR测定液体饱和蒸气压的方法很多本实验采用静态法，是指在某一温度下，直接测量饱和蒸气压，此法一般适用于蒸气压比较大的液体实验所用仪器是纯液体饱和蒸气压测定装置，如图 2-1 所示 平衡管由 A 球和 U 型管 B、C 组成平衡管上接一冷凝管 5，以橡皮管与压力计相连A 内装待测液体，当 A 球的液面上纯粹是待测液体的蒸气，而 B 管与 C 管的液面处于同一水平时，则表示 B 管液面上的 (即 A 球液面上的蒸气压) 与加在 C 管液面上的外压相等此时，体系气液两相平衡的温度称为液体在此外压下的沸点用当时的大气压减去压力计两水银面的高度差，即为该温度下液体的饱和蒸气压 用静态法测量不同温度下纯液体饱和蒸气压的实验方法，有升温法和降温法二种 【仪器试剂】 1.仪器 纯液体饱和蒸气压测定装置 1 套; 放大镜(×5)1 只; 直尺 1 把。

2.药品 蒸馏水; 环己烷（分析纯）或乙醇或乙酸乙酯 【实验步骤】升温法测定不同温度下纯液体的饱和蒸气压 图 1 纯液体饱和蒸气压测定装置图1.恒温水浴；2.温度计；3.搅拌；4.平衡管；5.冷凝管；6.水银压力计；7.缓冲瓶；8.进气活塞；9.三通活塞；10.安全瓶1.装置仪器 将待测液体装入平衡管中，A 球约 2/3 体积，B 和 C 球各 1/2 体积，然后按图装妥各部分 2.系统气密性检查 关闭活塞 8，旋转三通活塞 9 使系统与真空泵连通，开动真空泵，抽气减压至汞压力计两臂汞面压差为 53kPa(40cmHg）时，关闭活塞 9，使系统与真空泵、大气皆不通观察U 型汞压力计的一臂汞面高度，如汞面高度能在数分钟内维持不变，则表明系统不漏气否则应逐段检查，消除漏气原因 3.排除 AB 弯管空间内的空气 AB 弯管空间内的压力包括两部分：一是待测液的蒸气压；另一部分是空气的压力测定时，必须将其中的空气排除后，才能保证 B 管液面上的压力为液体的蒸气压，排除方法为：先将恒温槽温度调至第一个温度值(一般比室温高 3℃～5℃℃左右) 接通冷凝水，抽气降压至液体轻微沸腾，此时 AB 弯管内的空气不断随蒸气经 C 管逸出，如此沸腾数分钟，可认为空气被排除干净。

4.饱和蒸气压的测定 当空气被排除干净，且体系温度恒定后，打开活塞 8 缓缓放入空气（切不可太快，以免空气倒灌入 AB 弯管中，如果发生空气倒灌，则须重新排除空气)，直至 B 管、C 管中液面平齐，关闭活塞 8，立即记录温度与汞压力计两臂汞面的压差（如果放入空气过多，C管中液面低于 B 管的液面，须抽气，再调平齐） 然后，将恒温槽温度升高 10℃，因温度升高后，液体的饱和蒸气压增大，液体会不断沸腾为了避免 B、C 管中液体大量蒸发，应随时打开活塞 8 缓缓放入少量空气，保持 C管中液面平静，无气泡冒出当体系温度恒定后，再次放入空气使 B、C 管液面平齐，记录温度和压差然后依次每升高 10℃，测定一次压差，总共测 3～5 个值 【注意事项】 1.减压系统不能漏气，否则抽气时达不到本实验要求的真空度 2.必须充分排除净 AB 弯管空间中全部空气，使 B 管液面上空只含液体的蒸气分子AB 管必须放置于恒温水浴中的水面以下，否则其温度与水浴温度不同 3.升温法测定中，打开进空气活塞 8 时，切不可太快，以免空气倒灌入 AB 弯管的空间中，如果发生倒灌，则必须重新排除空气 4.降温法测定中，当 B、C 两管中的液面平齐时，读数要迅速，读毕应立即打开活塞 9 抽气减压，防止空气倒灌。

若发生倒灌现象，必须重新排除净 AB 弯管内之空气 【数据处理】 1.数据记录表 大气压= kPa 室温 度U 型压差计h 左 /KPa h 右/KPa t 测 ℃ t 环 ℃ 露茎高度 h℃2.数据处理表 露茎校正值⊿ t/℃ T 实/℃310TK⊿h/kPa p 测 /kPa lnp3.绘出被测液体的蒸气压-温度曲线，并求出指定温度下的温度系数 dp/dT 4.以 lnp 对 作图，求出直线的斜率，并由斜率算出此温度间隔内被测液体的平均摩尔气1T化热 ΔvapHm，通过图求算出纯液体的正常沸点5. 验证楚顿规则（Trouton’s Rule）： 18molKJTHmv正 常【误差分析】1.系统误差：克-克方程推导过程中引入了假设条件克拉贝龙方程： （气液平衡）mvVTdp假设：（1） 液相的体积跟气相比可以忽略不计（2） 气相可视为理想气体则 pRTgVlgVmmv )()(2lnHdTpv2.随机误差：压力和温度的测量都有随机误差，误差传递表达式为 )ln()(llnpcTHRcpQ3.图解法求斜率 的误差tgm )2()()2(1lnl 112112122 hLmHdRhLhTp则Q【思考问题】 1. 为什么 AB 弯管中的空气要排除净，怎样操作，怎样防止空气倒灌? 2. 何时读取 U 型压力计两臂的压差数值，所读数值是否是纯液体的饱和蒸气压? 3. 引起本实验误差的因素有哪些，如何校正水银温度计?4. 本实验方法能否用于测定溶液的饱和蒸气压？为什么？5. 为什么实验完毕后必须使体系和真空泵与大气相通才能关闭真空泵？。